一种电动汽车动态无线充电系统的发射单元设计方法技术方案

本发明专利技术提出了一种电动汽车动态无线充电系统的发射单元设计方法。本发明专利技术建立了具有多发射

A design method of transmitting unit for dynamic wireless charging system of electric vehicle

【技术实现步骤摘要】
一种电动汽车动态无线充电系统的发射单元设计方法


[0001]本专利技术属于无线充电
，尤其是涉及一种电动汽车动态无线充电系统的发射单元设计方法。

技术介绍

[0002]近年来，传统燃油汽车的广泛使用给环境和资源带来了巨大的压力。为了减少汽车尾气排放，保障能源安全、促进节能减排，电动汽车受到了越来越多的关注。电动汽车具有零排放、无污染的优点，但由于车载电池容量有限、充电不便和存在安全隐患等问题，电动汽车的进一步推广普及受到了制约。目前常见的电动汽车充电方式主要有有线充电和无线充电两种。有线充电虽为较普遍的充电方式，但其存在着诸多问题如连接部分易损坏、插拔时容易产生火花、占地面积大等。无线充电作为一种新型电能传输方式，其不需要导线进行传导或者其他的一些物理接触就能使电能到达负载端，相较于有线充电，无线充电具有占地面积小、方便灵活、无需插拔、维护成本低等优点，因此受到越来越多的关注。电动汽车的无线充电技术主要可以分为静态无线充电、准动态无线充电和动态无线充电三种。静态无线充电技术是在汽车停止时给汽车充电；准动态无线充电是在汽车短时间停靠的地方给汽车充电，例如交通信号灯处；动态无线充电是在汽车行驶过程中给汽车充电，通过在地面下铺设一定长度的供电线圈，实现了电动汽车不停车充电，与传统有线充电方式和静态无线充电方式相比可以有效延长续航里程，降低搭载电池容量需求，技术更加先进。
[0003]动态无线充电系统磁耦合机构一般可以分为长轨道型结构和阵列型结构。长轨道型磁耦合机构的发射线圈大于接收线圈，车辆行驶在发射线圈上方可以持续供电，不需要频繁的切换控制，但由于发射端较长导致损耗增加，效率下降；阵列型磁耦合机构的发射端由一系列线圈组成，单个线圈长度与接收线圈接近，具有效率高和漏磁场范围小的优点，且阵列型结构使其自身只提供与接收线圈实际耦合的部分，有助于避免来自非耦合部分的发射线圈对外产生不必要的电磁场辐射。在动态无线充电系统中，由于接收线圈在车辆行驶过程中与发射线圈的相对位置在不断变化，因此接收线圈与发射线圈之间的互感也在不断变化，从而导致汽车在行驶过程中充电功率不稳定，传输效率也较低。
[0004]针对以上存在的问题，本专利技术提出了一种提高动态无线充电系统传输效率的发射单元设计方法。该方法设计的非等半径非等匝数的发射线圈阵列在接收线圈相对发射线圈阵列发生水平偏移后仍能保持较好的互感，从而提高系统磁耦合机构的耦合程度，进而提高系统的传输效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种电动汽车动态无线充电系统发射单元设计方法。该方法能有效地提高动态无线充电系统的传输效率，在系统接收线圈相对发射线圈阵列发生水平偏移的情况下，仍能保持较好的互感，进而提高系统的传输效率。
[0006]本专利技术的技术方案为一种电动汽车动态无线充电系统的发射单元设计方法；
[0007]所述电动汽车动态无线充电系统由第一无线充电发射模块、第二无线充电发射模块、...、第K无线充电发射模块和无线充电接收模块依次无线连接构成；
[0008]所述的多个无线充电发射模块铺设于电动汽车行驶道路上；
[0009]所述无线充电发射模块包括：直流输入电源、高频逆变电路、发射SS补偿电路、发射线圈；
[0010]所述的直流输入电源、高频逆变电路、磁耦合谐振电路、发射线圈依次连接；
[0011]所述的发射SS补偿电路包括：发射线圈自感、发射线圈等效电阻、发射谐振补偿电容；
[0012]所述发射线圈自感、发射线圈等效电阻、发射谐振补偿电容组成发射串联回路；
[0013]所述的无线充电接收模块安装于电动汽车；
[0014]所述无线充电接收模块包括：接收线圈、接收SS补偿电路、整流电路、负载电阻；
[0015]所述的接收线圈、接收SS补偿电路、整流电路、负载电阻依次连接；
[0016]所述接收SS补偿电路包括：接收线圈自感、接收线圈等效电阻、接收谐振补偿电容；
[0017]所述接收线圈自感、接收线圈等效电阻、接收谐振补偿电容组成接收串联回路；
[0018]本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：首先建立具有多发射
‑
单接收线圈的动态无线充电系统组成图，建立具有多发射
‑
单接收线圈的动态无线充电系统的互感模型；推导系统发射线圈与接收线圈之间的互感数学表达式和系统传输效率的数学表达式，接着在确定第一无线充电发射模块的发射线圈的半径大小和匝数后，根据推导的互感数学表达式确定第二无线充电发射模块的发射线圈的半径大小和匝数，第三无线充电发射模块的发射线圈的半径大小和匝数与第一无线充电发射模块的发射线圈的半径大小和匝数相等，第四无线充电发射模块的发射线圈的半径大小和匝数与第二无线充电发射模块的发射线圈的半径大小和匝数相等，以此类推，即所有奇数次无线充电发射模块的发射线圈的半径大小和匝数相等，所有偶数次无线充电发射模块的发射线圈半径大小和匝数相等，进而建立一组非等半径非等匝数的发射线圈阵列，确定该非等半径非等匝数的发射线圈阵列的通电方式，最后通过有限元仿真软件计算该非等半径非等匝数的发射线圈阵列系统的互感大小及传输效率，通过仿真结果验证该方法的可行性。
[0019]所述发射单元设计方法，包括以下步骤：
[0020]步骤1：建立多发射
‑
单接收线圈系统的传输效率的数学模型；建立系统发射线圈与接收线圈之间的互感数学模型；
[0021]步骤2：确定发射单元的发射线圈阵列第一无线充电发射模块的发射线圈的半径大小和匝数，根据系统发射线圈与接收线圈之间的互感数学模型计算第二无线充电发射模块的发射线圈的半径大小和匝数，第三无线充电发射模块的发射线圈的半径大小和匝数与第一无线充电发射模块的发射线圈的半径大小和匝数相等，第四无线充电发射模块的发射线圈的半径大小和匝数与第二无线充电发射模块的发射线圈的半径大小和匝数相等，以此类推，即所有奇数次无线充电发射模块的发射线圈的半径大小和匝数相等，所有偶数次无线充电发射模块的发射线圈半径大小和匝数相等，从而建立一组非等半径非等匝数的发射线圈阵列，确定该非等半径非等匝数的发射线圈阵列的通电方式；
[0022]作为优选，步骤1所述多发射
‑
单接收线圈系统的传输效率的数学模型，定义为：
[0023][0024]其中，ω为系统角频率，M
1,r
为第一无线充电发射模块的发射线圈与接收线圈的互感，M
2,r
为第二无线充电发射模块的发射线圈与接收线圈的互感，M
3,r
为第三无线充电发射模块的发射线圈与接收线圈的互感，M
K,r
为第K无线充电发射模块的发射线圈与接收线圈的互感R1为第一无线充电发射模块的发射线圈的等效电阻，R2为第二无线充电发射模块的发射线圈的等效电阻，R3为第三无线充电发射模块的发射线圈的等效电阻，R
K
为第K无线充电发射模块的发射线圈的等效电阻，R
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车动态无线充电系统的发射单元设计方法，其特征在于，所述电动汽车动态无线充电系统由第一无线充电发射模块、第二无线充电发射模块、...、第K无线充电发射模块和无线充电接收模块依次无线连接构成；所述的多个无线充电发射模块铺设于电动汽车行驶道路上；所述无线充电发射模块包括：直流输入电源、高频逆变电路、发射SS补偿电路、发射线圈；所述的直流输入电源、高频逆变电路、磁耦合谐振电路、发射线圈依次连接；所述的发射SS补偿电路包括：发射线圈自感、发射线圈等效电阻、发射谐振补偿电容；所述发射线圈自感、发射线圈等效电阻、发射谐振补偿电容组成发射串联回路；所述的无线充电接收模块安装于电动汽车；所述无线充电接收模块包括：接收线圈、接收SS补偿电路、整流电路、负载电阻；所述的接收线圈、接收SS补偿电路、整流电路、负载电阻依次连接；所述接收SS补偿电路包括：接收线圈自感、接收线圈等效电阻、接收谐振补偿电容；所述接收线圈自感、接收线圈等效电阻、接收谐振补偿电容组成接收串联回路；所述发射单元设计方法，包括以下步骤：步骤1：建立多发射
‑
单接收线圈系统的传输效率的数学模型；建立系统发射线圈与接收线圈之间的互感数学模型；步骤2：确定发射单元的发射线圈阵列第一无线充电发射模块的发射线圈的半径大小和匝数，根据系统发射线圈与接收线圈之间的互感数学模型计算第二无线充电发射模块的发射线圈的半径大小和匝数，第三无线充电发射模块的发射线圈的半径大小和匝数与第一无线充电发射模块的发射线圈的半径大小和匝数相等，第四无线充电发射模块的发射线圈的半径大小和匝数与第二无线充电发射模块的发射线圈的半径大小和匝数相等，以此类推，即所有奇数次无线充电发射模块的发射线圈的半径大小和匝数相等，所有偶数次无线充电发射模块的发射线圈半径大小和匝数相等，从而建立一组非等半径非等匝数的发射线圈阵列，确定该非等半径非等匝数的发射线圈阵列的通电方式。2.根据权利要求1所述的电动汽车动态无线充电系统的发射单元设计方法，其特征在于，步骤1所述多发射
‑
单接收线圈系统的传输效率的数学模型，定义为：其中，ω为系统角频率，M
1,r
为第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文聪，黄津莹，阎晟，马超，胡滢，常雨芳，严怀成，张皓，朱雨樵，张晓柯，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：